Corpul conține o mare varietate de ioni, sau electroliți, care îndeplinesc o varietate de funcții. Unii ioni ajută la transmiterea impulsurilor electrice de-a lungul membranelor celulare din neuroni și mușchi. Alți ioni ajută la stabilizarea structurilor proteice din enzime. Alții ajută la eliberarea de hormoni din glandele endocrine. Toți ionii din plasmă contribuie la echilibrul osmotic care controlează mișcarea apei între celule și mediul lor.

Electroliții din sistemele vii includ sodiul, potasiul, clorura, bicarbonatul, calciul, fosfatul, magneziul, cuprul, zincul, fierul, manganul, molibdenul, cuprul și cromul. În ceea ce privește funcționarea organismului, șase electroliți sunt cei mai importanți: sodiul, potasiul, clorura, bicarbonatul, calciul și fosfatul.

Rolul electroliților

Cei șase ioni ajută la excitabilitatea nervoasă, secreția endocrină, permeabilitatea membranei, tamponarea fluidelor corporale și controlul mișcării fluidelor între compartimente. Acești ioni intră în organism prin tractul digestiv. Mai mult de 90 la sută din calciul și fosfatul care intră în organism este încorporat în oase și dinți, osul servind drept rezervă minerală pentru acești ioni. În cazul în care calciul și fosfatul sunt necesare pentru alte funcții, țesutul osos poate fi descompus pentru a aproviziona sângele și alte țesuturi cu aceste minerale. Fosfatul este un constituent normal al acizilor nucleici; prin urmare, nivelurile de fosfat din sânge vor crește ori de câte ori acizii nucleici sunt descompuși.

Excreția de ioni are loc în principal prin rinichi, cu cantități mai mici pierdute în transpirație și în fecale. Transpirația excesivă poate cauza o pierdere semnificativă, în special de sodiu și clorură. Vărsăturile sau diareea severă vor cauza o pierdere de ioni de clorură și bicarbonat. Ajustările funcțiilor respiratorii și renale permit organismului să regleze nivelurile acestor ioni în ECF.

Tabelul următor enumeră valorile de referință pentru plasma sanguină, lichidul cefalorahidian (LCR) și urină pentru cei șase ioni abordați în această secțiune. Într-un cadru clinic, sodiul, potasiul și clorura sunt analizate în mod obișnuit într-o probă de urină de rutină. În schimb, analiza calciului și a fosfatului necesită o recoltare de urină pe o perioadă de 24 de ore, deoarece producția acestor ioni poate varia considerabil pe parcursul unei zile. Valorile din urină reflectă ratele de excreție a acestor ioni. Bicarbonatul este singurul ion care nu este excretat în mod normal în urină; în schimb, este conservat de rinichi pentru a fi utilizat în sistemele de tamponare ale organismului.

Sod

Sodul este cationul majoritar al fluidului extracelular. El este responsabil pentru jumătate din gradientul de presiune osmotică care există între interiorul celulelor și mediul înconjurător. Persoanele care consumă o dietă occidentală tipică, care este foarte bogată în NaCl, absorb în mod obișnuit între 130 și 160 mmol/zi de sodiu, dar oamenii au nevoie doar de 1 până la 2 mmol/zi. Acest exces de sodiu pare să fie un factor major în hipertensiune (tensiune arterială ridicată) la unele persoane. Excreția sodiului este realizată în principal de rinichi. Sodiul este filtrat liber prin capilarele glomerulare ale rinichilor și, deși o mare parte din sodiul filtrat este reabsorbit în tubulii convoluți proximali, o parte rămâne în filtrat și în urină și este excretată în mod normal.

Hiponatremia este o concentrație de sodiu mai mică decât cea normală, asociată de obicei cu acumularea excesivă de apă în organism, care diluează sodiul. O pierdere absolută de sodiu se poate datora unui aport diminuat al ionului cuplat cu excreția continuă a acestuia în urină. O pierdere anormală de sodiu din organism poate rezulta din mai multe afecțiuni, inclusiv transpirația excesivă, vărsăturile sau diareea; utilizarea diureticelor; producția excesivă de urină, care poate apărea în cazul diabetului; și acidoza, fie acidoză metabolică, fie cetoacidoză diabetică.

O scădere relativă a sodiului din sânge poate apărea din cauza unui dezechilibru al sodiului într-unul dintre celelalte compartimente de lichide ale organismului, cum ar fi FI, sau dintr-o diluție a sodiului datorată retenției de apă legată de edem sau insuficiență cardiacă congestivă. La nivel celular, hiponatremia are ca rezultat o intrare crescută de apă în celule prin osmoză, deoarece concentrația de soluturi din interiorul celulei depășește concentrația de soluturi din ECF acum diluat. Excesul de apă determină umflarea celulelor; umflarea globulelor roșii – scăzându-le eficiența de transport al oxigenului și făcându-le potențial prea mari pentru a încăpea prin capilare – împreună cu umflarea neuronilor din creier poate duce la leziuni cerebrale sau chiar la moarte.

Hipernatremia este o creștere anormală a sodiului din sânge. Ea poate rezulta din pierderea de apă din sânge, ceea ce duce la hemoconcentrarea tuturor constituenților din sânge. Dezechilibrele hormonale care implică ADH și aldosteronul pot duce, de asemenea, la valori ale sodiului mai mari decât cele normale.

Potasiu

Potasiul este principalul cation intracelular. El ajută la stabilirea potențialului de membrană de repaus în neuroni și fibre musculare după depolarizarea membranei și potențialele de acțiune. Spre deosebire de sodiu, potasiul are un efect foarte mic asupra presiunii osmotice. Nivelurile scăzute de potasiu din sânge și LCR se datorează pompelor sodiu-potasiu din membranele celulare, care mențin gradienții normali ai concentrației de potasiu între ICF și ECF. Recomandarea pentru aportul/consumul zilnic de potasiu este de 4700 mg. Potasiul este excretat, atât activ cât și pasiv, prin tubulii renali, în special prin tubulii convoluți distali și canalele colectoare. Potasiul participă la schimbul cu sodiul în tubulii renali sub influența aldosteronului, care se bazează, de asemenea, pe pompele bazolaterale sodiu-potasiu.

Hipokaliemia este un nivel anormal de scăzut al potasiului în sânge. Similar situației din cazul hiponatremiei, hipokaliemia poate apărea fie din cauza unei reduceri absolute a potasiului din organism, fie din cauza unei reduceri relative a potasiului din sânge datorată redistribuirii potasiului. O pierdere absolută de potasiu poate apărea din cauza scăderii aportului, frecvent legată de înfometare. De asemenea, poate surveni în urma vărsăturilor, diareei sau a alcalozei.

Câțiva pacienți diabetici insulino-dependenți se confruntă cu o reducere relativă a potasiului în sânge din cauza redistribuirii potasiului. Atunci când se administrează insulină și glucoza este absorbită de celule, potasiul trece prin membrana celulară împreună cu glucoza, scăzând cantitatea de potasiu din sânge și FI, ceea ce poate cauza hiperpolarizarea membranelor celulare ale neuronilor, reducând răspunsurile acestora la stimuli.

Hiperkaliemia, un nivel ridicat de potasiu în sânge, poate afecta, de asemenea, funcția mușchilor scheletici, a sistemului nervos și a inimii. Hiperkaliemia poate rezulta în urma unui aport alimentar crescut de potasiu. Într-o astfel de situație, potasiul din sânge ajunge în ECF în concentrații anormal de mari. Acest lucru poate duce la o depolarizare (excitare) parțială a membranei plasmatice a fibrelor musculare scheletice, a neuronilor și a celulelor cardiace ale inimii și poate duce, de asemenea, la o incapacitate a celulelor de a se repolariza. Pentru inimă, acest lucru înseamnă că aceasta nu se va relaxa după o contracție și va intra efectiv în „criză” și va înceta să pompeze sânge, ceea ce este fatal în câteva minute. Din cauza acestor efecte asupra sistemului nervos, o persoană cu hiperkaliemie poate prezenta, de asemenea, confuzie mentală, amorțeală și slăbirea mușchilor respiratori.

Clorură

Clorura este anionul extracelular predominant. Clorura este un contributor major la gradientul de presiune osmotică între ICF și ECF și joacă un rol important în menținerea unei hidratări corespunzătoare. Clorura are rolul de a echilibra cationii din ECF, menținând neutralitatea electrică a acestui lichid. Căile de secreție și reabsorbție a ionilor de clorură în sistemul renal urmează căile ionilor de sodiu.

Hipohloremia, sau niveluri de clorură în sânge mai mici decât cele normale, poate apărea din cauza absorbției tubulare renale defectuoase. Vărsăturile, diareea și acidoza metabolică pot duce, de asemenea, la hipocloremie. Hipercloremia, sau niveluri de clorură din sânge mai mari decât cele normale, poate apărea din cauza deshidratării, a aportului excesiv de sare alimentară (NaCl) sau a înghițirii de apă de mare, a intoxicației cu aspirină, a insuficienței cardiace congestive și a bolii pulmonare cronice, ereditare, fibroza chistică. La persoanele care suferă de fibroză chistică, nivelurile de clorură din sudoare sunt de două până la cinci ori mai mari decât cele normale, iar analiza sudorii este adesea utilizată în diagnosticarea bolii.

Bicarbonat

Bicarbonatul este al doilea cel mai abundent anion din sânge. Funcția sa principală este de a menține echilibrul acido-bazic al organismului, făcând parte din sistemele tampon. Acest rol va fi discutat într-o altă secțiune.

Ionii de bicarbonat rezultă dintr-o reacție chimică care începe cu dioxid de carbon (CO2) și apă, două molecule care sunt produse la sfârșitul metabolismului aerob. Doar o cantitate mică de CO2 poate fi dizolvată în fluidele corporale. Astfel, peste 90 la sută din CO2 este transformat în ioni bicarbonat, HCO3-, prin următoarele reacții:

CO2+ H 2 ↔ H2 + CO3 ↔ H2 + CO3- + H +

Săgețile bidirecționale indică faptul că reacțiile pot merge în ambele sensuri, în funcție de concentrațiile reactanților și produselor. Dioxidul de carbon este produs în cantități mari în țesuturile care au o rată metabolică ridicată. Dioxidul de carbon este transformat în bicarbonat în citoplasma globulelor roșii prin acțiunea unei enzime numite anhidrază carbonică. Bicarbonatul este transportat în sânge. Odată ajuns în plămâni, reacțiile își inversează sensul, iar CO2 este regenerat din bicarbonat pentru a fi expirat ca deșeu metabolic.

Calciu

Circa două kilograme de calciu din organism sunt legate în os, care asigură duritatea osului și servește ca rezervă minerală de calciu și sărurile sale pentru restul țesuturilor. Dinții au, de asemenea, o concentrație mare de calciu în interiorul lor. Puțin mai mult de jumătate din calciul din sânge este legat de proteine, lăsând restul în forma sa ionizată. Ionii de calciu, Ca2+, sunt necesari pentru contracția musculară, activitatea enzimatică și coagularea sângelui. În plus, calciul ajută la stabilizarea membranelor celulare și este esențial pentru eliberarea neurotransmițătorilor din neuroni și a hormonilor din glandele endocrine.

Calciu este absorbit prin intestine sub influența vitaminei D activate. Un deficit de vitamina D duce la o scădere a calciului absorbit și, în cele din urmă, la o epuizare a depozitelor de calciu din sistemul scheletic, putând duce la rahitism la copii și osteomalacie la adulți, contribuind la osteoporoză.

Hipocalcemia, sau niveluri anormal de scăzute ale calciului în sânge, se întâlnește în hipoparatiroidism, care poate urma extirpării glandei tiroide, deoarece cei patru noduli ai glandei paratiroide sunt încorporați în aceasta. Hipercalcemia, sau nivelul anormal de ridicat al calciului în sânge, se observă în hiperparatiroidismul primar. Unele tumori maligne pot duce, de asemenea, la hipercalcemie.

Fosfat

Fosfatul este prezent în organism în trei forme ionice: {\text{H}}_{2}{\text{PO}}_{4-}, {\text{HPO}}_{4}^{2-} și {\text{PO}}_{4}^{3-}. Cea mai frecventă formă este {\text{HPO}}_{4}^{2-}. Oasele și dinții fixează 85% din fosfatul din organism ca parte a sărurilor de calciu-fosfat. Fosfatul se găsește în fosfolipide, cum ar fi cele care alcătuiesc membrana celulară, și în ATP, nucleotide și tampoane.

Hipofosfatemia, sau nivelul anormal de scăzut al fosfaților din sânge, apare la utilizarea intensă a antiacidelor, în timpul sevrajului alcoolic și în timpul malnutriției. În fața epuizării fosfaților, rinichii conservă de obicei fosfatul, dar în timpul înfometării, această conservare este mult afectată. Hiperfosfatemia, sau niveluri anormal de crescute de fosfați în sânge, apare dacă există o scădere a funcției renale sau în cazurile de leucemie limfocitară acută. În plus, deoarece fosfatul este un constituent major al FCI, orice distrugere semnificativă a celulelor poate duce la aruncarea fosfaților în FCE.

Reglarea sodiului și a potasiului

Sodul este reabsorbit din filtratul renal, iar potasiul este excretat în filtrat în tubul colector renal. Controlul acestui schimb este guvernat în principal de doi hormoni -aldosteron și angiotensină II.

Aldosteron

Figura 1. Aldosteronul, care este eliberat de glanda suprarenală, facilitează reabsorbția de Na+ și astfel reabsorbția de apă.

Reamintim că aldosteronul crește excreția de potasiu și reabsorbția de sodiu în tubulul distal. Aldosteronul este eliberat dacă nivelul de potasiu din sânge crește, dacă nivelul de sodiu din sânge scade sever sau dacă tensiunea arterială scade. Efectul său net este de a conserva și de a crește nivelul de apă din plasmă prin reducerea excreției de sodiu și, prin urmare, de apă, din rinichi. Într-o buclă de reacție negativă, osmolalitatea crescută a ECF (care urmează absorbției de sodiu stimulată de aldosteron) inhibă eliberarea hormonului.

Angiotensina II

Angiotensina II determină vasoconstricție și o creștere a tensiunii arteriale sistemice. Această acțiune crește rata de filtrare glomerulară, rezultând o cantitate mai mare de material filtrat din capilarele glomerulare și în capsula lui Bowman. Angiotensina II semnalează, de asemenea, o creștere a eliberării de aldosteron din cortexul suprarenal.

În tubulii convoluți distali și în canalele colectoare ale rinichilor, aldosteronul stimulează sinteza și activarea pompei sodiu-potasiu. Sodiul trece din filtrat, în și prin celulele tubilor și canalelor, în ECF și apoi în capilare. Apa urmează sodiul datorită osmozei. Astfel, aldosteronul determină o creștere a nivelului de sodiu din sânge și a volumului sanguin. Efectul aldosteronului asupra potasiului este invers celui al sodiului; sub influența sa, excesul de potasiu este pompat în filtratul renal pentru a fi excretat din organism.

Figura 2. Angiotensina II stimulează eliberarea de aldosteron din cortexul suprarenal.

Reglarea calciului și fosfatului

Calciul și fosfatul sunt ambele reglementate prin acțiunea a trei hormoni: hormonul paratiroidian (PTH), dihidroxivitamina D (calcitriol) și calcitonina. Toți trei sunt eliberați sau sintetizați ca răspuns la nivelul de calciu din sânge.

PTH este eliberat de glanda paratiroidă ca răspuns la o scădere a concentrației de calciu din sânge. Hormonul activează osteoclastele pentru a descompune matricea osoasă și a elibera săruri anorganice de calciu-fosfat. PTH crește, de asemenea, absorbția gastrointestinală a calciului alimentar prin transformarea vitaminei D în dihidroxivitamina D (calcitriol), o formă activă de vitamina D de care celulele epiteliale intestinale au nevoie pentru a absorbi calciul.

PTH crește nivelul calciului din sânge prin inhibarea pierderii de calciu prin rinichi. PTH crește, de asemenea, pierderea de fosfat prin rinichi.

Calcitonina este eliberată de glanda tiroidă ca răspuns la niveluri ridicate de calciu în sânge. Hormonul crește activitatea osteoblastelor, care elimină calciul din sânge și încorporează calciul în matricea osoasă.

Revizuirea capitolului

Electroliții servesc în diverse scopuri, cum ar fi ajutarea conducerii impulsurilor electrice de-a lungul membranelor celulare din neuroni și mușchi, stabilizarea structurilor enzimatice și eliberarea de hormoni din glandele endocrine. Ionii din plasmă contribuie, de asemenea, la echilibrul osmotic care controlează mișcarea apei între celule și mediul lor. Dezechilibrele acestor ioni pot duce la diverse probleme în organism, iar concentrațiile lor sunt strict reglementate. Aldosteronul și angiotensina II controlează schimbul de sodiu și potasiu între filtratul renal și tubulii colectori renali. Calciul și fosfatul sunt reglementate de PTH, calcitrol și calcitonină.

Autoverificare

Răspundeți la întrebarea (întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine ați înțeles subiectele abordate în secțiunea anterioară.

Glosar

dihidroxivitamina D: formă activă a vitaminei D necesară celulelor epiteliale intestinale pentru absorbția calciului

hipercalcemie: niveluri anormal de crescute de calciu în sânge

hipercloremie: niveluri de clorură în sânge mai mari decât cele normale

hiperkaliemie: niveluri de potasiu în sânge mai mari decât cele normale

hipernatremie: creșterea anormală a nivelului de sodiu în sânge

hiperfosfatemie: niveluri anormal de ridicate ale fosfaților în sânge

hipocalcemie: niveluri anormal de scăzute ale calciului în sânge

hipohloremie: niveluri de clorură în sânge mai scăzute decât cele normale

hipokaliemie: niveluri anormal de scăzute ale potasiului în sânge

hiponatremie: niveluri de sodiu în sânge mai scăzute decât cele normale

hipofosfatemie: niveluri anormal de scăzute ale fosfaților în sânge

.